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公開番号2024031851
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-07
出願番号2023127490
出願日2023-08-04
発明の名称制御装置及び制御方法
出願人コベルコ建機株式会社,国立大学法人広島大学
代理人個人
主分類E02F 9/20 20060101AFI20240229BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】制御対象の動特性に係る事前情報の精度が低い場合及び液圧アクチュエータの応答に時間遅れがある場合であっても、位置制御及び力制御について高い制御性能を得ることができる制御装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】位置制御装置は、制御対象であるショベルを駆動させる各シリンダ44～46を制御する動作指令部と、バケット先端43aの目標位置及び現在位置に基づいて、次時刻ステップに発生されるべき理想速度v_s,_kを算出する理想速度演算部と、各シリンダでPID制御を実施した場合に発生可能なアクチュエータ力の範囲で理想速度v_s,_kに最も近い参照速度v_r,_kと、参照速度v_r,_kでPID制御を実施した場合の参照発生力^f_kとを、各シリンダの準静的特性から算出する参照速度演算部と、各シリンダの準静的特性、参照発生力^f_k及び参照速度v_r,_kに基づいて、操作量u_kを算出する操作量演算部と、を備える。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
制御対象である機械を駆動させる液圧アクチュエータを制御する動作指令部と、
前記機械の目標位置及び現在位置に基づいて、前記機械の次時刻ステップに発生されるべき理想速度を算出する理想速度演算部と、
前記液圧アクチュエータでＰＩＤ制御又はＰＤ制御を実施した場合に発生可能なアクチュエータ力が算出される目標速度のうち、前記理想速度に最も近い速度である参照速度と、前記参照速度を目標速度としてＰＩＤ制御又はＰＤ制御を実施した場合に発生されるべきアクチュエータ力である参照発生力とを、前記液圧アクチュエータの準静的特性に基づいて算出する参照速度演算部と、
前記液圧アクチュエータの準静的特性、前記参照発生力及び前記参照速度に基づいて、前記液圧アクチュエータの操作量を算出する操作量演算部と、を備える、
ことを特徴とする制御装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記液圧アクチュエータは、再生回路を備え、
前記理想速度は、前記機械の前記目標位置、前記現在位置、前記再生回路の流量制御バルブの開口度及び前記再生回路を通る作動液の流量の推定値に基づいて算出される、
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記機械は、複数の前記液圧アクチュエータで駆動され、
前記操作量演算部は、それぞれの前記液圧アクチュエータについて前記操作量を算出し、
前記動作指令部は、算出された前記操作量に基づいてそれぞれの前記液圧アクチュエータを制御することにより、前記機械の所定部位を目標位置に移動させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記機械に加わる外力を推定する外力推定部を備え、
前記参照速度演算部は、前記外力推定部で推定される外力に基づいて前記参照速度及び前記参照発生力を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記液圧アクチュエータは、油圧アクチュエータである、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記機械が接触する環境から前記液圧アクチュエータが受ける反力と、前記液圧アクチュエータが前記環境に加える力の目標値である目標印加力とを、前記機械の目標動特性を有する仮想物体に入力して、前記仮想物体における前記機械が次時刻ステップにおいて位置すべき参照位置を算出する参照位置演算部を備え、
前記理想速度演算部は、前記参照位置を前記目標位置として前記理想速度を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項７】
液圧アクチュエータで駆動される制御対象である機械の目標位置及び現在位置に基づいて、前記機械の次時刻ステップに発生されるべき理想速度を算出する理想速度演算工程と、
前記液圧アクチュエータでＰＩＤ制御又はＰＤ制御を実施した場合に発生可能なアクチュエータ力が算出される目標速度のうち、前記理想速度に最も近い速度である参照速度と、前記参照速度を目標速度としてＰＩＤ制御又はＰＤ制御を実施した場合に発生されるべきアクチュエータ力である参照発生力とを、前記液圧アクチュエータの準静的特性に基づいて算出する参照速度演算工程と、
前記液圧アクチュエータの準静的特性、前記参照発生力及び前記参照速度に基づいて、前記液圧アクチュエータの操作量を算出する操作量演算工程と、を含む、
ことを特徴とする制御方法。
【請求項８】
前記機械が接触する環境から前記液圧アクチュエータが受ける反力と、前記液圧アクチュエータが前記環境に加える力の目標値である目標印加力とを、前記機械の目標動特性を有する仮想物体に入力して、前記仮想物体における前記機械が次時刻ステップにおいて位置すべき参照位置を算出する参照位置演算工程を含み、
前記理想速度演算工程では、前記参照位置を前記目標位置として前記理想速度を算出する、
ことを特徴とする請求項７に記載の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、液圧アクチュエータで駆動される制御対象の位置又は制御対象に働く力を制御する制御装置及び制御方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
油圧アクチュエータで駆動されるショベル等の機械において、バケット、作業装置等を、目標位置へ自動的に移動させる制御方法が開発されている。油圧アクチュエータを含む液圧アクチュエータの応答特性は、強い非線形性を持ち、リリーフバルブの開閉によっても大きく変化する。したがって、自動的な位置決め制御を、単純な制御則で実現することは難しい。
【０００３】
また、液圧アクチュエータで駆動される機械を力制御する場合、具体的には外部環境に接触した制御対象に働く力についてアドミッタンス制御を行う場合においても、液圧アクチュエータの強い非線形性によって単純な制御則で実現することは難しい。
【０００４】
特許文献１では、制御対象の動特性の事前情報に基づいて、制御対象の次時刻ステップにおける位置及び速度を予測する予測方程式と、スライディングモード制御則を表す方程式とを連立方程式として解き、操作量である液圧アクチュエータへのバルブ開度指令を算出することにより、制御アルゴリズムを簡素化することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２１－１２１７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の制御方法では、液圧アクチュエータへのバルブ開度指令を算出する際、制御対象の動特性を用いることとしている。しかしながら、制御対象の動特性の事前情報が不正確である場合、油圧アクチュエータの応答に時間遅れがある場合等においては、予測方程式の精度を担保することができず、所望の制御特性を得られないおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、制御対象の動特性に係る事前情報の精度が低い場合及び液圧アクチュエータの応答に時間遅れがある場合であっても、位置制御又は力制御について高い制御性能を得ることができる制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の第１の観点に係る制御装置は、
制御対象である機械を駆動させる液圧アクチュエータを制御する動作指令部と、
前記機械の目標位置及び現在位置に基づいて、前記機械の次時刻ステップに発生されるべき理想速度を算出する理想速度演算部と、
前記液圧アクチュエータでＰＩＤ制御又はＰＤ制御を実施した場合に発生可能なアクチュエータ力が算出される目標速度のうち、前記理想速度に最も近い速度である参照速度と、前記参照速度を目標速度としてＰＩＤ制御又はＰＤ制御を実施した場合に発生されるべきアクチュエータ力である参照発生力とを、前記液圧アクチュエータの準静的特性に基づいて算出する参照速度演算部と、
前記液圧アクチュエータの準静的特性、前記参照発生力及び前記参照速度に基づいて、前記液圧アクチュエータの操作量を算出する操作量演算部と、を備える。
【０００９】
また、前記液圧アクチュエータは、再生回路を備え、
前記理想速度は、前記機械の前記目標位置、前記現在位置、前記再生回路の流量制御バルブの開口度及び前記再生回路を通る作動液の流量の推定値に基づいて算出される、
こととしてもよい。
【００１０】
また、前記機械は、複数の前記液圧アクチュエータで駆動され、
前記操作量演算部は、それぞれの前記液圧アクチュエータについて前記操作量を算出し、
前記動作指令部は、算出された前記操作量に基づいてそれぞれの前記液圧アクチュエータを制御することにより、前記機械の所定部位を目標位置に移動させる、
こととしてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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